【手続補正書】
【提出日】平成18年9月27日(2006.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記固定層を蝕刻して１又は２以上のナノ接合部を形成する工程において、当該固定層の蝕刻がイオンミリングにより行われ、当該ナノ接合部の最大長さが平均自由行程以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の作製方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
基板と、電極パッド部を両端に有すると共に最大長さが平均自由行程以下からなる１又は２以上のナノ接合部を略中央に有する略短冊状の第１の強磁性層と、当該ナノ接合部を囲むように設けられた絶縁層と、少なくとも前記ナノ接合部に接するように設けられ電極パッド部を両端に有する略短冊状の第２の強磁性層とがその順に設けられていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の磁気抵抗効果素子の作製方法は、前記固定層を蝕刻して１又は２以上のナノ接合部を形成する工程において、当該固定層の蝕刻がイオンミリングにより行われ、当該ナノ接合部の最大長さが平均自由行程以下であることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
この発明によれば、平均自由行程以下の最大長さを有するナノ接合部を精度よく作製できるので、ＢＭＲ効果により高感度の信号検出を行うことができると共に、その構成に由来する静磁エネルギーの低減作用と、端面に発現する静磁荷の発生を抑圧する作用とにより、磁区構造制御と磁気的安定性が確保された磁気抵抗効果素子を作製できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
上記第２の目的を達成する本発明の磁気抵抗効果素子は、基板と、電極パッド部を両端に有すると共に最大長さが平均自由行程以下からなる１又は２以上のナノ接合部を略中央に有する略短冊状の第１の強磁性層と、当該ナノ接合部を囲むように設けられた絶縁層と、少なくとも前記ナノ接合部に接するように設けられ電極パッド部を両端に有する略短冊状の第２の強磁性層とがその順に設けられていることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
この発明によれば、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間の１又は２以上のナノ接合部の最大長さが平均自由行程以下であるので、ＢＭＲ効果により高感度の信号検出を行うことができると共に、その構成に由来する静磁エネルギーの低減作用と、端面に発現する静磁荷の発生を抑圧する作用とにより、磁区構造制御と磁気的安定性を確保することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
第１の強磁性層１４が単一の強磁性層で構成される場合、その強磁性層を形成する材料としては、各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、Ｆｅ（スピン分極率：０．５）、ＣｏＦｅ（スピン分極率：０．６〜０．８）、ＣｏＦｅＮｉ（スピン分極率：０．６〜０．８）等の強磁性金属群、ＣｒＯ２（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性半金属群、及びＦｅ３Ｏ４（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性酸化物群から選択される材料が好ましく用いられる。なお、特に好ましい強磁性材料としては、ＣｏＦｅを挙げることができる。この単一の強磁性層は、真空蒸着やスパッタリング等の成膜手段により、通常２〜１０ｎｍ程度の厚さで形成される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
第１の強磁性層１４が非磁性層１７を層間に挟む２つの強磁性層１５，１６で構成される場合、その強磁性層を形成する材料としては、前記したスピン分極率が０．５以上の各種の強磁性材料を用いることが可能であり、特に、ＣｏＦｅ等の材料が好ましく用いられる。この場合において、２つの強磁性層１５，１６は、同一の材料で形成しても、異なる材料で形成してもよく、また、その厚さも、同じであっても異なっていてもよい。この２つの強磁性層１５，１６の個々の層は、真空蒸着やスパッタリング等の成膜手段により、通常０．５〜５ｎｍ程度の厚さで形成される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
（ナノ接合部形成工程）
図３（ｄ−１）〜（ｄ−５）は、ナノ接合部形成工程を説明するための模式断面図及び模式平面図である。このナノ接合部形成工程は、パターニングされた第１の強磁性層１４を蝕刻して１又は２以上のナノ接合部を形成する工程である。そして、このナノ接合部形成工程において、その第１の強磁性層１４の蝕刻がイオンミリングにより行われ、そのナノ接合部の最大長さが平均自由行程以下となるようにイオンミリングされる。なお、図３（ｄ−１）〜（ｄ−５）は、図２（ｃ−５）の平面図を９０°旋回させた正面図又は断面図として表してある。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
次に、図３（ｄ−５）の断面図に示すように、露出した部分の第１の強磁性層１４を蝕刻し、ナノ接合部２８を形成する。このときの蝕刻手段としては、イオンミリングが好ましく採用される。さらに、そのイオンミリングを２回に分けて行うことが好ましい。第１回目のイオンミリングは、第１の強磁性層１４に直角の方向から行う。第２回目のイオンミリングは、ナノ接合部２８の最大寸法が平均自由行程以下となるように、イオンの入射角、入射エネルギー、イオンミリング時間を最適化して行う。このようにイオンミリング等の蝕刻手段で第１の強磁性層１４を加工すれば、ナノ接合部２８を第１の強磁性層１４と同じ材料で形成できるので、磁気抵抗効果素子の作製が容易となる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
こうしたナノ接合部形成工程は、平均自由行程以下の最大長さを有するナノ接合部２２を精度よく作製できるので、ＢＭＲ効果により高感度の信号検出を行うことができると共に、その構成に由来する静磁エネルギーの低減作用と、端面に発現する静磁荷の発生を抑圧する作用とにより、磁区構造制御と磁気的安定性が確保された磁気抵抗効果素子を作製できる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
形成されるナノ接合部２８の形状は、図３（ｄ−４）の平面図を正面視した場合に現れる形状として、円形、楕円形、角形（三角形、四角形、等々）又はそれらに近似する形状で形成される。そのため、ナノ接合部２８の最大寸法は、面内方向の最大長さｄ１と規定できる。従って、本発明においては、その最大長さｄ１が平均自由行程以下の長さになっている。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
ナノ接合部２８の幅方向の最大長さｄ１は、平均自由行程以下であることが好ましい。平均自由行程も材料固有の値であり、ナノ接合部２８を形成する強磁性材料により異なるが、多くの強磁性材料は５ｎｍ〜１５ｎｍ程度であるので、「平均自由行程以下」とは、「１５ｎｍ以下」、乃至「５ｎｍ以下」と規定することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
一方、ナノ接合部２８の積層方向（高さ方向）の長さｄ２（図３（ｄ−５）参照）も、上記の幅方向の長さｄ１と同様に、平均自由行程以下であることが好ましい。具体的には上記と同様に「１５ｎｍ以下」、乃至「５ｎｍ以下」とすることができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
ナノ接合部２８の面内方向における最大長さｄ１及び積層方向の長さｄ２が平均自由行程を超えた寸法である場合は、磁化が反並行の場合にナノ接合部２８の磁壁は非常に厚くなり、そのナノ接合部２８を通過する電子はスピン情報を保つことが難しくなる。その結果として、磁化の方向の変化に起因した磁気抵抗効果が得られ難くなることがある。従って、本発明においては、その寸法がスピン情報をよく保つことができる点で効果のある平均自由行程以下であることが望ましい。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
すなわち、ナノ接合部２８の幅方向の長さｄ１及び積層方向の長さｄ２が平均自由行程以下になると、そのナノ接合部２８が極薄磁壁の発生部となり、そのナノ接合部２８を挟む態様で設けられている第１の強磁性層１４と後述する第２の強磁性層３２との間の相対的な磁化の配置関係を変化させることができる。これにより第１の強磁性層１４と後述する第２の強磁性層３２との間の電気抵抗が変化する。本発明の磁気抵抗効果素子の場合、基本的に、磁場印加方向を変えても電気抵抗が磁場により減少する磁場領域が存在することから、ここで発生する磁気抵抗効果は、ナノ接合部２８の部分で形成された磁壁により発生する磁気抵抗効果であるといえる。ここで、ナノ接合部２８の磁壁は、磁化方向を異にする２つの部分（ナノ接合部２８を挟む２つの強磁性層２，５）の遷移領域として作用する。そして、本発明においては、磁化方向及び印加磁場の大きさに応じて５０％以上の大きな磁気抵抗効果が発生する。このナノ接合部２８を備えた本発明の磁気抵抗効果素子は、大きな磁気抵抗変化率を示すので、そのナノ接合部２８において、電子は不純物などの散乱を受けずに（ballistic に）通過していると考えられる。なお、磁気抵抗変化率とは、ＭＲ比（△Ｒ／Ｒ）のことであり、磁界強度が充分強いときの電気抵抗Ｒと、印加磁場を変化させたときの電気抵抗変化ΔＲとの比で定義されている。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
第２の強磁性層３２が２つの強磁性層からなる場合（図示しない）には、その層同士は、強磁性結合状態又は反強磁性結合状態で設けられている。これらの層が強磁性結合を呈する場合には、ナノ接合部２８から離れた位置に配置される強磁性層は分極率の高い材料で形成され、ナノ接合部２８に隣接して設けられる強磁性層は磁歪の小さい軟磁性材料で形成される。こうした組合せで形成することにより、高感度と広い線形動作を確保することができるという効果がある。分極率の高い材料としては、前記したスピン分極率が０．５以上の各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、ＣｏＦｅ等の材料が特に好ましく、通常０．５〜５ｎｍ程度の厚さで形成される。また、磁歪の小さい軟磁性材料としては、Ｎｉ，ＮｉＦｅが特に好ましく、通常０．５〜５ｎｍ程度の厚さで形成される。